DE10247934A1

DE10247934A1 - Kurbelgehäuseentlüftung

Info

Publication number: DE10247934A1
Application number: DE2002147934
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Angel; Hartmut Dipl.-Ing. Engels; Erhard Dipl.-Ing. Rau; Frank Dipl.-Ing. Weinert
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2004-04-29
Also published as: EP1411216A1; EP1411216B1; DE50308489D1; EP1411216B8

Abstract

Die Erfindung geht von einer Kurbelgehäuseentlüftung für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) mit einem Ölabscheider (19) aus, der mit einem Ansaugsystem (16) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) über eine Entlüftungsleitung (20) verbunden ist, die eine Drossel (28) aufweist und stromabwärts einer Drosselklappe (18) in eine Ansaugleitung (16) mündet, wobei von der Ansaugleitung (16) stromaufwärts der Drosselklappe (18) eine Belüftungsleitung (26) für das Kurbelgehäuse abzweigt. Es wird vorgeschlagen, dass in der Belüftungsleitung (26) ein erstes, in Richtung auf die Ansaugleitung (16) hin schließendes Rückschlagventil (22) vorgesehen ist, dass der Ölabscheider ein Zentrifugalölabscheider (19) und die Drossel in der Entlüftungsleitung (20) eine dynamische Drossel (28) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurbelgehäuseentlüftung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Betrieb von Hubkolbenbrennkraftmaschinen entstehen im Kurbelgehäuse durch die Kolbenbewegungen Druckschwankungen. Diesen ist der Druck von Blow-by-Gasen überlagert. Blow-By-Gase bestehen vor allem aus Brenngasen, die während der Verbrennung unter hohem Druck im Brennraum entstehen und über die Kolbenringdichtungen ins Kurbelgehäuse gelangen. Ein zu hoher Druck im Kurbelgehäuse verringert den Wirkungsgrad der Hubkolbenbrennkraftmaschine und bringt die Gefahr mit sich, dass Schmieröl über Wellendichtungen nach außen gelangt. Durch einen zu hohen Unterdruck kann aus der Umgebung ungefilterte Luft in das Kurbelgehäuse gelangen und durch Schmutzpartikel zu erhöhtem Verschleiß führen. Ferner reagieren die in den Blow-by-Gasen enthaltenen, Säure bildenden Abgasbestandteile NO_x und SO_x mit Wasser zu Säuren. Um Korrosion innerhalb der Brennkraftmaschine zu verhindern, müssen die Säuren von basischen Additiven des in dem Kurbelgehäuse befindlichen Öls neutralisiert werden. Bei diesem Vorgang werden die Additive verbraucht, und es kommt zur Alterung des Öls mit einer Schlammbildung, wodurch relativ kurze Ölwechselintervalle eingehalten werden müssen.
Aus den geschilderten Gründen besitzen die Hubkolbenbrennkraftmaschinen eine Kurbelgehäuseentlüftung, wobei zum Schutz der Umwelt vor Schadstoffen die Entlüftungsgase in das Ansaugsystem eingeleitet werden. Damit nicht zu viel Öl und Schmutzpartikel in das Ansaugsystem gelangen, ist in der Entlüftungsleitung zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ansaugsystem ein Ölabscheider vorgesehen.

Es sind verschiedene Arten von Ölabscheidern bekannt. Bei den so genannten Volumenabscheidern werden die Entlüftungsgase durch einen großvolumigen Beruhigungsraum geleitet, in dem die Strömungsgeschwindigkeit stark verringert wird, so dass sich die Schwebeteile und das Ö1 an den Wänden und am Boden des Beruhigungsraums absetzen. Diese Wirkung kann durch labyrinthartige Einbauten im Beruhigungsraum verstärkt werden, indem der Strömungsweg durch den Beruhigungsraum vergrößert wird. Eine besonders effektive Ölabscheidung lässt sich mit Hilfe eines Zentrifugalölabscheiders erzielen, bei dem die Entlüftungsgase in Rotation versetzt werden. Durch die auf das Öl und die Schwebeteilchen wirkende Zentrifugalkraft scheiden sich diese an den Außenwänden des Zentrifugalölabscheiders ab, während die leichteren gereinigten Gase zentral aus dem Zentrifugalölabscheider abströmen und zum Ansaugsystem geleitet werden. Eine Kurbelgehäuseentlüftung mit einer Zentrifuge ist z. B. aus der DE 42 37 128 A1 bekannt.

Ferner ist aus der DE 197 09 910 C2 eine Kurbelgehäuseentlüftung für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der das Kurbelgehäuse über eine Entlüftungsleitung mit dem Ansaugsystem verbunden ist, die stromabwärts einer Drosselklappe in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine mündet. In der Entlüftungsleitung ist ein Ölabscheider und eine statische Drossel angeordnet, die die Menge des aus dem Kurbelgehäuse abgesaugten Gases begrenzt. Über diese Entlüftungsleitung wird das Kurbelgehäuse vor allem im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine entlüftet, wenn der Unterdruck stromabwärts der Drosselklappe relativ hoch ist. Ferner ist eine zweite Entlüftungsleitung mit einem Ölabscheider vorgesehen, die stromaufwärts der Drosselklappe in das Ansaugsystem mündet. Diese ist vor allem im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine wirksam, wenn die Drosselklappe annähernd vollständig geöffnet ist und der Druckabfall an der Drosselklappe entsprechend gering ist. Wird die Drosselklappe im Teillastbereich zunehmend geschlossen, steigt der Druckabfall an der Drosselklappe an, so dass Frischluft über die zweite Entlüftungsleitung in das Kurbelgehäuse angesaugt wird. Durch die Frischluft werden die Blow-by-Gase über die erste Entlüftungsleitung aus dem Kurbelgehäuse herausgespült.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen Mitteln eine wirkungsvolle Kurbelgehäuseentlüftung und Kurbelgehäusebelüftung zu ermöglichen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach der Erfindung ist in der Belüftungsleitung ein erstes, in Richtung auf die Ansaugleitung hin schließendes Rückschlagventil vorgesehen. Ferner ist der Ölabscheider in der Entlüftungsleitung ein Zentrifugalölabscheider und die Drossel eine dynamische Drossel. Der Zentrifugalölabscheider, der einen sehr guten Abscheidungsgrad besitzt, wird sowohl im Volllast- als auch im Teillastbereich verwendet. Dabei regelt die dynamische Drossel je nach Saugrohrunterdruck z. B. mit Hilfe einer Membran, den Querschnitt der Entlüftungsleitung und somit die Menge der Entlüftungsgase. Da nur eine Entlüftungsleitung vorhanden ist, kann leicht eine Einleitstelle in das Ansaugsystem gefunden werden, die gegen Einfrieren unempfindlich ist. Über die Belüftungsleitung wird während eines Teillastbetriebs der Hubkolbenbrennkraftmaschine, wenn der Druck stromaufwärts einer Drosselklappe in Bezug auf die Einleitstelle der Entlüftungsleitung relativ hoch ist, Frischluft in das Kurbelgehäuse eingeleitet, so dass dieses in diesem Betriebsbereich durchspült wird, was einer Alterung des Schmieröls entgegenwirkt. Im Volllastbetrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine, wenn die Druckdifferenz zwischen der Abzweigung der Belüftungsleitung und der Einmündung der Entlüftungsleitung gering ist, verschließt das Rückschlagventil die Belüftungsleitung, so dass über die Belüftungsleitung kein Ö1 in das Ansaugsystem gelangen kann. Ein Ölabscheider, z. B. in Form eines Volumenabscheiders, ist auf Grund des Rückschlagventils nicht notwendig.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung mit einer statischen Drossel in der Entlüftungsleitung zweigt vor der statischen Drossel eine Zweigleitung ab, die stromaufwärts der Drosselklappe in die Ansaugleitung mündet und in der ein zweites in Richtung auf die Entlüftungsleitung hin schließendes Rückschlagventil vorgesehen ist. Im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine erfolgt die Entlüftung des Kurbelgehäuses über die statische Drossel, während auf Grund des Druckabfalls an der Drosselklappe das zweite Rückschlagventil die Zweigleitung sperrt. Mit zunehmendem Druck der Entlüftungsgase im Volllastbetrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine öffnet das zweite Rückschlagventil und der wesentliche Teil der Entlüftungsgase wird über die Zweigleitung in das Ansaugsystem vor der Drosselklappe eingeleitet. Das Kurbelgehäuse wird auch in diesem Fall, wie bereits beschrieben, über die Belüftungsleitung mit dem ersten Rückschlagventil belüftet.

Nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwei Entlüftungsleitungen vorgesehen, wobei in der ersten Entlüftungsleitung, die vor allem die Entlüftung des Kurbelgehäuses während des Volllastbetriebs der Hubkolbenbrennkraftmaschine sicherstellt, ein Zentrifugalölabscheider vorgesehen ist, um aus den großen Mengen der Entlüftungsgase, effektiv das Ö1 ausscheiden zu können. Auf Grund der großen Menge ergeben sich im Zentrifugalölabscheider hohe Strömungsgeschwindigkeiten und große Zentrifugalkräfte, die seinen Abscheidungsgrad verbessern. Im Teillastbereich dient die Entlüftungsleitung auf Grund der dann herrschenden Druckverhältnisse als Belüftungsleitung.

Die Entlüftung im Teillastbetrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine erfolgt über eine zweite Entlüftungsleitung mit einem Volumenölabscheider und einer statischen Drossel. Die zweite Entlüftungsleitung mündet stromabwärts der Drosselklappe in das Ansaugsystem. Da die Menge der Entlüftungsgase im Teillastbereich der Hubkolbenbrennkraftmaschine deutlich geringer ist, kann das Öl wirkungsvoll in einem Volumenölabscheider abgeschieden werden, ohne dass dieser sehr groß dimensioniert zu werden braucht. Die Entlüftungsleitungen und Belüftungsleitungen sowie die Ölabscheider können bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zwei v-förmig angeordneten Zylinderreihen günstig und raumsparend angeordnet werden, indem sie auf die Zylinderreihen aufgeteilt werden. Es ist besonders vorteilhaft, dass in einem Betriebsbereich mit Teillast die Belüftung des Kurbelgehäuses über die eine Zylinderkopfhaube und die Entlüftung über die andere Zylinderkopfhaube erfolgt. Dadurch ist eine geordnete Durchströmung des Kurbelgehäuses und eine intensive Belüftung des Kurbelgehäuses gewährleistet.

Weitere Vorteile ergeben sich aüs der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Dabei zeigen:
1 eine schematische dargestellte Draufsicht einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit v-förmig angeordneten Zylinderreihen und einer erfindungsgemäßen Kurbelgehäuseentlüftung und
2 und 3 Varianten zu 1.
Eine Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 besitzt zwei v-förmig angeordnete Zylinderreihen mit Zylinderkopfhauben 11, 12. Ein Ansaugsystem der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 besteht im Wesentlichen aus einem Luftfilter 15, einer Ansaugleitung 16, einem Luftmassenmesser 17, einer Drosselklappe 18 und einem Saugrohr 13, das zwischen den Zylinderreihen liegt und von dem aus nicht näher dargestellte Ansaugstutzen zu den einzelnen Zylindern führen. Zur Kühlung der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 ist ein Lüfter 14 vorgesehen, der mit nicht näher dargestellten Kühlern zusammenarbeitet.
Über die Zylinderkopfhauben 11, 12, die mit einem nicht dargestellten Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 in Verbindung stehen, wird das Kurbelgehäuse be- und entlüftet. Hierzu dient ein Zentrifugalölabscheider 19, dem Kurbelgehäusegas 25 zugeführt wird. Nach der Reinigung und Ölabscheidung gelangt das Kurbelgehäusegas 25 über eine Entlüftungsleitung 20 und eine dynamische Drossel 28 stromabwärts der Drosselklappe 18 in die Ansaugleitung 16 bzw. das Saugrohr 13. Die dynamische Drossel 28 ist z. B. durch eine Membran in Abhängigkeit des Ansaugdrucks gesteuert. Die Entlüftungsleitung 20 dient somit sowohl zur Kurbelgehäuseentlüftung im Teillastbetrieb als auch im Volllastbetrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10.
Eine Belüftungsleitung 26, zweigt stromaufwärts der Drosselklappe 18 von der Ansaugleitung 16 ab und mündet in der anderen Zylingerkopfhauhe 11. Auf Grund des deutlichen Druckabfalls an der Drosselklappe 18 während des Teillastbetriebs der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 strömt Frischluft im Teillastbetrieb über die Belüftungsleitung 26 in das Kurbelgehäuse und wird mit der Kurbelgehäusegasen 25 der Ansaugleitung 16 stromabwärts der Drosselklappe 18 wieder zugeführt. Somit ist eine gute Durchspülung des Kurbelgehäuses im Teillastbetrieb gewährleistet. Im Volllastbetrieb, wenn der Druck im Kurbelgehäuse zunimmt, wird ein Rückströmen über die Belüftungsleitung 26 durch ein Rückschlagventil 22 verhindert.
Die Ausführung nach 2 unterscheidet sich von der Ausführung nach 1 dadurch, dass in der Entlüftungsleitung 20 eine statische Drossel 24 vorgesehen ist, die so dimensioniert ist, dass sie bei dem im Teillastbereich bestehenden Unterdruck im Saugrohr 13 die Menge des Entlüftungsgases begrenzt. Vor der statischen Drossel 24 zweigt eine Zweigleitung 23 ab, die stromaufwärts der Drosselklappe 18 in die Ansaugleitung 16 mündet. In der Zweigleitung 23 ist ein zweites Rückschlagventil 27 vorgesehen, das in Richtung auf die Entlüftungsleitung 20 schließt. Im Teillastbetrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 ist das Rückschlagventil auf Grund der Druckverhältnisse geschlossen. Im Volllastbetrieb jedoch öffnet das Rückschlagventil 27 auf Grund des höheren Drucks im Kurbelgehäuse und des Druckabfalls an der statischen Drossel 24. Dadurch ist die Zweigleitung 21 vor allem im Volllastbetrieb wirksam.
Bei der Ausführung nach 3 mündet die Entlüftungsleitung 20 stromaufwärts der Drosselklappe 18 in die Ansaugleitung 16. Im Volllastbetrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 strömen daher auf Grund des höheren Drucks im Kurbelgehäuse Kurbelgehäusegase 25 durch die Entlüftungsleitung 20 in die Ansaugleitung 16; während im Teillastbetrieb bei einem geringeren Kurbelgehäusedruck ein Belüftungsstrom 23 aus der Ansaugleitung 16 in das Kurbelgehäuse gelangt. In dem Teillastbetriebsbereich wird das Kurbelgehäuse über eine zweite Entlüftungsleitung 31 über eine statische Drossel 30 und einen Volumenabscheider 29 entlüftet, wobei die zweite Entlüftungsleitung 31 stromabwärts der Drosselklappe 18 in das Saugrohr 13 mündet.

Claims

Kurbelgehäuseentlüftung für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Ölabscheider, der mit einem Ansaugsystem der Hubkolbenbrennkraftmaschine über eine Entlüftungsleitung verbunden ist, die eine Drossel aufweist und stromabwärts einer Drosselklappe in eine Ansaugleitung mündet, wobei von der Ansaugleitung stromaufwärts der Drosselklappe eine Belüftungsleitung für das Kurbelgehäuse abzweigt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Belüftungsleitung (26) ein erstes, in Richtung auf die Ansaugleitung (16) hin schließendes Rückschlagventil (22) vorgesehen ist, dass der Ölabscheider ein Zentrifugalölabscheider (19) und die Drossel in der Entlüftungsleitung (20) eine dynamische Drossel (28) ist.
Kurbelgehäuseentlüftung nach Anspruch 1, bei der die Drossel in der Entlüftungsleitung eine statische Drossel ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor der statischen Drossel (24) eine Zweigleitung (21) abzweigt, die stromaufwärts der Drosselklappe (18) in die Ansaugleitung (16) mündet und in der ein zweites, in Richtung auf die Entlüftungsleitung (20) hin schließendes Rückschlagventil (27) vorgesehen ist.
Kurbelgehäuseentlüftung für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem ersten Ölabscheider, der mit einem Ansaugsystem der Hubkolbenbrennkraftmaschine über eine Ent lüftungsleitung verbunden ist, die eine Drossel aufweist und stromabwärts einer Drosselklappe in eine Ansaugleitung mündet, wobei von der Ansaugleitung stromaufwärts der Drosselklappe eine Belüftungsleitung für das Kurbelgehäuse abzweigt, die über einen zweiten Ölabscheider mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist und im Volllastbetrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine zur Entlüftung des Kurbelgehäuses dient, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ölabscheider ein Zentrifugalölabscheider (19) ist.
Kurbelgehäuseentlüftung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) zwei v-förmig angeordnete Zylinderreihen mit Zylinderkopfhauben (11, 12) aufweist, wobei im Betriebsbereich mit Teillast die Belüftung des Kurbelgehäuses über die eine Zylinderkopfhaube (11 oder 12) und die Entlüftung über die andere Zylinderkopfhaube (12 oder 11) erfolgt.